一、硫化过程及本质
氧化铜表面具有离子键,通过静电吸引水分子极化形成比较牢固的呈定向排列的水化膜,而呈亲水状态,捕收剂很难透过这层水化膜作用于氧化铜矿物的表面。加入硫化钠以后,氧化铜矿物表面迅速吸附HS-或S2-,呈现为金属硫化膜。硫化钠是强碱弱酸盐,在水溶液中首先水解,然后分两步电离:
Na2S+2H2O H2S+2NaOH
H2S HS-+H+
HS- H++ S2-
根据溶液平衡计算表明,在pH值小于7时,溶液中H2S占主导,有少量的HS-。在pH值小于7-12时,溶液中HS-占主导,有少量的H2S。只有在pH值等于11-13时,才有少量的S2-,HS-仍占主导,而捕收剂在硫化了的矿物表面吸附时,以pH值为7-10时吸附量最大,回收率最高,这表明Na2S 对孔雀石硫化主要是HS-的作用,表面反应为:
CuCO3(表面)+ HS- → CuS(表面)+HCO3-
Cu(OH)2 (表面)+ HS- →═CuS(表面)+H2O+OH-
由此可以看出,掌握好浮选的pH值和控制好Na2S的用量是相互联系和相互制约的重要因素。
当硫化钠用量适宜时,硫化以后,氧化铜矿物表面的接触角增大,可浮性增强,所需捕收剂的量也降到最低,可以成功实现氧化铜矿的有效浮选;硫化钠用量过大,则表现为抑制作用。
二、过度硫化的抑制作用
如前所述,硫化钠在用量适当时是氧化铜矿的活化剂,但过量时却是强烈的抑制剂。因此,在研究硫化钠的活化过程及机理的同时,更多的注意到了为什么过剩硫离子会抑制被硫化过的氧化铜矿物的问题。到目前为止,对于造成抑制的原因提出了四个比较有代表性的观点:
(1)过量的硫离子本身造成抑制;有研究证明,较少量过量的硫离子也会抑制孔雀石的浮选;对硫化的硅孔雀石而言,过量硫离子的影响更复杂。只有在一定的硫化钠用量时,硅孔雀石才能浮选;硫化钠过量时,硅孔雀石会受到不可逆转的抑制,即当过量的硫化钠被新鲜水冲洗后可浮性不会恢复。
(2)过量硫离子氧化后生成的产物造成抑制;除了溶液中过剩硫离子本身起抑制作用外,被吸附在矿物表面的氧化物,如亚硫酸盐、硫代硫酸盐等也有强烈抑制作用。这是因为硫化氢分子中硫的电价为-2价,在硫元素8种价态中最低而具有还原性。也就是说,硫氢离子和硫离子易被氧化。它们一旦被氧化,也就失去了固有的活化能力。不仅如此,这些氧化产物与溶液中的过剩硫离子,一起构成了氧化铜矿浮选受抑制作用的原因。
(3)硫化钠过量导致捕收剂的吸附量减少造成抑制;研究发现,硫化钠过量会使捕收剂的吸附量减少,因而矿物的浮选受到抑制。氧化铜矿物硫化后,在其表面生成了硫化铜膜,性质与硫化铜矿物是相似的,致使在硫化钠过量时,矿浆中过剩的HS-和S2-被氧化消耗了溶液中的游离氧,由于浮选矿浆中没有游离氧存在,造成捕收剂不在硫化矿物上吸附,形成抑制。
(4)硫化钠过量致使生成的硫化铜膜疏松不稳定,易脱落造成抑制。也有人认为是由于硫化钠过量,使矿浆pH值升高,致使硫化铜膜疏松不稳定,脱落成胶体硫化铜,黄药本身被其消耗,造成捕收剂不足而无法实现有效浮选。利用X射线衍射仪、电化学、电子显微镜等设备分析了孔雀石在硫化过程中形成的硫化膜,得出硫化后矿物表面形成的硫化膜的组成和结构域硫化铜相近,硫化产品是一层具有不规则品格的疏松沉淀,在矿浆搅拌过程中容易脱落,脱落后造成已经吸附黄药的损失,造成捕收剂用量不足形成抑制。

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